反射特性如何利用随机信号反馈快速确定目标物体的特性？

这文章大家都想知道关于反射特性如何利用随机信号反馈快速确定目标物体的特性？以及汽车模拟信号的相关题进行解说，希望对各位帮助。

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自动驾驶汽车应用的安全要求使得传感器之间的相互干扰题变得尤为重要。

相互干扰会导致误报或降低回波信号的检测概率。前者是由于感测信号之间缺乏正交性引起的，这在接收端非常困难，因为每个传感器都使用相似的信号特性进行传输。很难有效区分。

后者是由于干扰导致信噪比下降造成的，提出了一种基于互相关测量的测距方法来克服这种相互干扰题。

为了更有效地减轻测距传感器之间的相互干扰，雷达领域提出了许多基于相关性的方法，这些方法利用模拟的真实随机信号和具有不同特征的信号来提高传感器之间的区分度，通过这种方法，我们的目标是减少它。相互干扰的影响。

01

实验装置

在实验研究中，研究人员使用自发发射光源的放大输出来生成真正的随机信号。

值得注意的是，这是模拟信号，并未转换为数字信号。使用C波段ASE，并通过具有100GHz3dB带宽的高斯滤波器进行滤波，然后是2dB带宽。GHzdB带宽PIN光电探测器进行检测。

这样就得到了带宽为2GHz3dB的真实随机信号，并将生成的随机信号的自相关性作为相关测量的基准。

另一个随机信号用作调制信号并馈入马赫-曾德尔幅度调制器。该调制器获取线宽低于100kHz的激光输出，然后将其调制为LiDAR输出信号。

接下来，我们在真正的3D测量LiDAR中使用激光束扫描系统来生成光学真实的随机信号进行测量。

使用带宽为5GHz的高速相干探测器进行测量，为接收器提供+8dBm本地振荡器功率和-20dBmLiDAR随机信号功率。

测量的波形和相应的频谱表明，检测到的信号的频谱宽度比真实随机信号发生器的输出窄。

LiDAR接收从物体反射的光P回波，并将接收到的光与本地振荡器输出混合以实现一致的检测。

+8dBm本振输出是激光输出的一部分，用于生成激光雷达的输出信号。相干接收器具有2GHz的3dB电气带宽。

接下来，相干探测器的噪声等效功率为-40dBm，利用相关性测量单元测量相干探测器的输出（SD）与参考值之间的相关性，得到激光雷达的输出（S）。

典型的测量相关输出显示出0923的相关峰值和290Ps的相关时间，较长的相关时间可以通过减少光随机信号的带宽来解释。

02

干扰模拟

该激光雷达系统可能会受到其他具有不同信号格式的激光雷达的干扰。研究人员仅考虑一种不同信号格式的干扰来研究信号格式对系统性能的影响。

在这项研究中，研究了四种信号格式连续波光、半导体激光器直接调制的脉冲光、调频连续波信号光和真随机信号调制信号。每种信号格式代表不同类型的激光雷达系统。

为了量化干扰的影响，研究人员使用光纤设备将耦合到光纤耦合器一个分支的激光雷达输出信号与耦合到另一分支的干扰信号混合。

耦合器的输出信号被传递到相干检测器的输入。这两个信号的偏振与来自本地振荡器的光信号的偏振相匹配。光功率可以通过可变光衰减器来调节。

在所有实验中，干扰信号的光功率设置为-20dBm，而在脉冲光的情况下，脉冲峰值功率设置为-20dBm，因此平均功率要低得多，为-18dBm。脉冲宽度和重复频率。

此外，研究人员将干扰光信号和本地振荡器光信号之间产生电场干扰信号的频率差保持在相干探测器的带宽内。

这些实验旨在研究不同信号格式对LiDAR系统性能的影响，特别是在存在干扰信号的情况下，通过对不同信号格式的干扰进行实验，研究人员可以更好地了解系统在复杂环境下的运行情况。是。优化性能，提高抗干扰能力。

03

减少对误报和信噪比的影响

相互干扰主要通过两种方式降低LiDAR检测性能产生误报和降低信噪比。一般来说，当干扰光耦合到LiDAR探测器时，探测器的噪声功率会增加，较高的噪声功率会导致额外的误报，这种情况时有发生。

对于所提出的LiDAR情况，由于相关性估计，还存在检测本底噪声，并且本底噪声会导致误报。

由于本底噪声的功率与干扰光功率P整数无关，因此无论干扰如何，误报概率PrF都保持所需的误报概率Pr'F。Pr'F是检测阈值的预设值，使用各种LiDAR信号格式验证了这些功能。

通过比较验证了不同激光雷达格式的所提出的激光雷达的干扰功率无关特性。预期概率Pr'F显示为黑色实线。对于每个LiDAR干扰情况，所有表示的值均归一化为Pr'F。我们评估了不同相干光输入功率的概率PrF。

当干扰光耦合到LiDAR接收器时，回波信号的相关峰值减小，从而降低了检测信噪比，对于给定的检测阈值，检测概率Pr_D随着回波信号强度的减小而增加。

为了验证这一效果，研究人员测量了各种干扰信号对激光雷达信噪比的影响，并在实验中将回波光和干扰光组合到激光雷达接收器中。接收过程中光反射时总会存在干扰光。

假设噪声功率可以忽略不计，将回波光的光功率设置为-20dBm，然后将相干光的光功率从-32dBm调整到-10dBm。

信噪比的降低是通过计算相干光和反射光的光功率比来测量的，其表示为P_int/P_echo。

信噪比的降低与处理增益无关，因此研究人员对此因素进行了标准化。

实验结果表明，对于RM，计算值与实际情况吻合较好，但对于其他情况，光功率损耗在-3dB左右。

这些损耗是由于调制器的调制效率低造成的。对于RM，方波的调制幅度约为全摆幅的703。这意味着需要大约306dB的RM信号才能达到相同的幅度。光，力量。

为了解决这个题，可以使用双驱动MZM进行幅度调制，或者将真正的随机信号引入到光的不同物理量中。这些结果凸显了激光雷达系统设计的重要性，尤其是系统中的信噪比。存在干扰。

04

有关光谱形状和宽度的更多信息

假设参考信号S_reft和干扰信号S_intt是两个独立的随机信号，理论上它们具有相同的频谱形状和宽度，但实际上情况并非如此。

为了研究光谱差异对性能的影响，研究人员使用了提供最窄光谱S_intt的CW干扰源。在这种情况下，干扰信号是单一频率f的正弦振荡。

考虑相同的时间窗口t=50纳秒和相同的检测阈值V_threshold=0365，采用相同的评估过程评估概率Pr_F，随着频率差f的增加，Pr_F逐渐减小，这种变化可以通过其中的差值来获得是。描述S_ref和S_intt之间的频谱形状。

为了更清楚的理解，我还绘制了功率密度曲线，两者匹配得非常好。理论预测的差异或变化也可以通过S_ref和S_intt的频谱形状和宽度的差异来解释。

干扰的持续时间还受信号格式的影响。FMCW和脉冲干扰信号格式由于频率扫描范围更宽，因此具有更长的干扰周期。

对于使用脉冲光学相干传感的激光雷达，短脉冲宽度导致的短跳频时间也会导致短干扰周期。

本研究的目的是调查自动驾驶汽车应用中不同信号格式的激光雷达之间的相互干扰，为了充当受害者激光雷达，研究人员使用了能够模拟真实随机信号的激光雷达。

研究团队生成了不同的信号类型，包括连续波、直接调制激光的脉冲光和调频连续波光，以研究不同激光雷达信号对受害者激光雷达的干扰，并详细描述了它们的影响。受害激光器不同信号格式的干涉模式及其对检测性能的影响。

该研究的主要发现包括误报和信噪比降低，这是相互干扰产生的两个关键影响，令人鼓舞的是，无论干扰源的信号格式如何，使用模拟真实随机信号的激光雷达都是鲁棒的。我展示了它。抗干扰能力意味着这种类型的激光雷达可以在自动驾驶汽车应用中具有重要的实际应用。

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